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发现新形状:Scutoid

科学生物学发现新形状:Scutoid

已经发现了一种新的几何形状,它可以在制造弯曲的组织和器官时实现上皮细胞的三维堆积。

每个生物体都从一个细胞开始,然后分裂成更多的细胞,这些细胞进一步分裂和细分,直到形成数十亿个细胞以创造整个生物体。 它是生物学中最神秘的方面之一,它是如何从细胞、组织和器官开始形成的。 本质上,只有少数细胞形成的简单结构的胚胎变成了具有复杂器官的活生物体。 例如,数以百万计的上皮细胞聚集在一起形成人体皮肤,这是我们最大的器官和最强的屏障。 如果我们的皮肤是一个完全平坦的表面,则可以将已知的几何形状堆叠在一起来构建皮肤。 但由于我们的身体并不平坦,这些上皮细胞必须自己弯曲和弯曲。 上皮细胞不仅形成我们皮肤的外层,而且还排列在所有动物的血管和器官中。 当胚胎发育时,组织(由细胞组成)弯曲并形成复杂的三维形状,然后变成心脏或肝脏等器官。起始块上皮细胞“移动”和“连接”在一起以组织起来并紧密地堆积在一起。赋予器官最终的三维形状,因为大多数器官都是弯曲的结构。 由于这种曲率要求,据了解,排列器官的上皮细胞必须采用柱状或瓶状,以便在胚胎生长时能够包围器官。 上皮细胞还提供其他功能,例如形成抵抗感染和吸收营养的屏障。

发现了一个新的形状!

西班牙塞维利亚大学和美国里海大学的研究人员在他们发表在《自然通讯》杂志上的研究中得出结论,上皮细胞采用类似于“扭曲棱镜”的形状。 这种新的立体几何形状被称为“鳞状体'。 这种形状使上皮细胞能够达到为器官提供三维覆盖的目的。 Scutoid 是一个类似棱柱的结构,一侧有六个边,另一侧有五个,棱柱的长边之一上有一个三角形面。 scutoid 的这种独特结构使其可以通过交替的五面和六面末端将它们堆叠在一起,从而可以创建曲面。 这个名字在几何学中并不存在,研究人员在仔细考虑后选择了这个名字,因为盾形盾与甲虫的盾片形状相似,甲虫是昆虫胸部的后端。

鳞片状丰富

研究人员使用了利用 Voronoi 图表的计算建模技术。 这是理解不同领域几何形状的最常用工具。 建模实验表明,随着组织曲率的增加,构成这些组织的细胞使用更复杂的形状,而不仅仅是之前认为的柱状和瓶状。 上皮细胞采用以前未描述的形状,这种特殊形状有助于细胞提高能量效率,同时最大限度地稳定堆积。 研究人员仔细观察了不同动物各种组织的三维堆积,以分析他们的观点。 实验数据证实上皮细胞确实采用非常相似的 3D 通过计算建模预测的主题。 所以这 新形状 scutoid 有助于弯曲和弯曲,并允许细胞保持稳定堆积的最佳方式。 一旦确定存在新的形状,研究人员就在其他生物中探索了类鳞片形状的存在,他们发现这种形状大量存在。 在斑马鱼的上皮细胞和果蝇的唾液腺中也发现了这些类鳞片状的形状,尤其是在那些组织需要最多弯曲而不是平坦外观的区域。

这是一个非常有趣和独特的发现,可以进一步加深我们的理解,帮助我们控制器官的三维组织(形态发生)。 它可以更清楚地说明当器官不能正确形成导致疾病时会发生什么。 它可能对人工器官和组织工程的生长领域有巨大帮助,因为构建具有正确包装结构的支架会带来更好的结果。 这种新形状的发现在各个科学领域都有潜在的应用。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Gómez-Gálvez P 等人。 2018. Scutoids 是上皮三维堆积的几何解决方案。 自然通讯. 9(1)。
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1

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赛欧团队
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